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载人航天的目的是什么?
    日期:2011年07月12日    字体:【】【】【

  开展载人航天活动绝不只是为了欣赏天上的美景,而是要进一步探索宇宙奥秘,更好地开发太空资源,从而为人类造福。
  海阔凭鱼跃,天高任鸟飞。人类一直在不断努力扩展自身的活动空间,其活动范围经历了从陆地到海洋,从海洋到大气层空间,再从大气层空间到太空的逐步发展过程。人类活动范围的每一次扩展,都是一次伟大的飞跃,增强了人类认识和改造自然的能力,促进了生产力和社会的发展。
  距地面100千米以上的太空是陆地、海洋和大气层之外的空间,那里有很多地球上所缺乏的资源,包括太阳能、强辐射、高洁净、高真空、微重力、大温差、高远位置,以及月球、行星、小行星上的稀有矿藏等,开发这些资源对人类的发展具有重要意义。图1为太阳系的八大行星。


  
  图1  太阳系的八大行星


  太阳每秒钟将81万亿千瓦的热能送到地球,相当于现今全世界每秒发电量的数万倍,因此,太阳是一个极其巨大的洁净能源宝库,充分利用太阳能前途无量。由于不受大气层的影响,地球轨道上的太阳辐射强度是地面的2倍,达1.4千瓦/米2,所以在太空开发太阳能资源效率非常高。目前,航天器上的太阳能发电仅供航天器本身使用。随着地球能源的日趋紧张,一些国家已开始把建造太空发电站作为一种新的战略选择。初步设想是:太空发电站先把太阳的光能高效率地转变成电能,然后再通过微波或激光把电能发往地面。
  太空中的宇宙辐射强度比地面大得多,并且是全谱段的。特别是宇宙高能粒子,这一资源是非常宝贵的,比如,大家熟知的太空育种,就是利用空间宇宙射线、交变磁场、微重力等特殊的太空环境因素对种子和微生物施加影响,使农作物种子产生在地面环境中得不到的变异,最终筛选出有着优异变异性能的农作物新品种。
  在200~500千米高的低轨道空间,真空度为10-4帕,而在35 800千米高的地球静止轨道上,真空度则为10-11帕。太空中的真空环境是地面人为的真空条件无法比拟的,十分有利于高纯度材料加工、蛋白质提取、药品研制等。在太空高真空环境中,物体被太阳直射的一面可以达到100℃以上的高温,而阴面则可以保持-100℃以下的低温,两者之间形成了很大的温差,而且非常稳定。这一特殊资源恰好是某些特殊应用梦寐以求的环境。
  利用航天器的飞行,还可派生出轨道资源和微重力资源等。自从航天器问世后,科学家们首先想到的就是利用太空的轨道资源,因为站得高、看得远。站在珠穆朗玛峰上,能看到0.07%的地球表面;在离地面200千米高的轨道上,可以看到1.5%的地球表面;在距地面35 800千米的地球静止轨道上,则可以观察到42%的地球表面。利用高远位置这一有利条件,可进行遥感、通信、导航等。为此,旨在开发太空轨道资源的各种航天器竞相升空。在太空“制高点”上不仅可观地,也能望天,在那里进行天文观测不受大气层的影响,使全波段天文观测变得轻而易举。图2为航天员在轨道上对舱外进行拍摄。


  
  图2  航天员在轨道上对舱外进行拍摄


  微重力(重力加速度小于10-4g)环境是一种宝贵资源,人类用这种资源已进行了地面上难以实施的科学实验(如微生物、细胞、蛋白质晶体的生长、培养与分离)、新材料加工和药物制取等。因为在微重力条件下,气体和液体的热对流基本消失,不同密度物质的分层和沉积消失,即密度不同的液体可以相容在一起。这对生产极纯的化学物质、生物制剂、特效药品,以及均匀的金属基质复合材料、玻璃和陶瓷等都很有用。由于重力微弱,在太空冶炼金属时可以不使用容器,即采用悬浮冶炼,因而冶炼温度可以不受容器耐热能力的限制,进行极高熔点金属的冶炼,避免容器壁的污染和非均匀成核结晶,改善合金的金相组织,提高金属的强度。图3为在地面和在太空微重力环境中的蜡烛火焰比较。


  
  图3  在地面(左)和在太空微重力环境(右)中的蜡烛火焰比较


  太空还是一种旅游资源。人在太空可以欣赏美丽的地球和宇宙景色,体验微重力带来的奇妙的漂浮感觉。尽管目前每人每次太空旅游的费用高达几千万美元,但截至2009年4月,已有6名太空游客上天,其中Word软件之父西蒙尼(图4)还曾“二进宫”。现在,美国准备打造太空旅馆,现已发射了2个充气式试验舱,而俄罗斯则筹划太空行走旅游和月球旅游。

 
  
  图4  两上太空的游客西蒙尼


  离地球最近的月球上有丰富的氧、硅、铁、镁、钙、铝、钛、锰等元素,还有地球上稀缺的理想核聚变发电原料——氦-3,有些科学家认为开发月球上的氦-3是化解人类能源危机的可能途径之一。另外,月球上无大气,具有黑夜和低温时间长等有利的环境条件,是理想的科学研究和天文观测基地。今后,人类还可以开发小行星和彗星上的资源。金属型小行星上有丰富的铁、镍等金属,有的还富含金、铂等贵金属和珍贵的稀土元素;彗星上则有丰富的水冰。这些资源既可供地球上使用,也能用于在太空建设航天港和太空城。 
    来源:《中国载人航天科普丛书?梦圆天路》

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